Maklumat

Bolehkah manusia melihat secara langsung beberapa foton pada satu masa? Bolehkah manusia melihat satu foton?


Saya tidak mengemukakan soalan berikut: Bolehkah manusia melihat foton dengan cara yang sama seperti kita melihat kerusi?

Soalan saya ialah: Bolehkah retina manusia bertindak balas terhadap satu foton? Sekiranya demikian, bagaimana ini berlaku dan mengapa retina dapat "merasakan" (mengesan) satu foton?


Molekul tunggal rhodopsin (sebenarnya cis-retina terikat kepadanya) boleh dan sebenarnya bertindak balas terhadap satu foton (Purves et al. Bab: Fototransduksi dalam Ilmu Saraf).

Telah dianggarkan bahawa satu molekul rhodopsin yang diaktifkan cahaya dapat mengaktifkan 800 molekul transducin, kira-kira lapan peratus molekul pada permukaan cakera. Walaupun setiap molekul transducin hanya mengaktifkan satu molekul fosfodiesterase, masing-masing molekul pada gilirannya mampu menjadi pemangkin pemecahan sebanyak enam molekul cGMP. Akibatnya, penyerapan satu foton oleh molekul rhodopsin mengakibatkan penutupan kira-kira 200 saluran ion, atau kira-kira 2% daripada jumlah saluran di setiap batang yang terbuka dalam gelap. Jumlah penutupan saluran ini menyebabkan perubahan bersih pada potensi membran sekitar 1 mV.

Sel photoreceptor secara berterusan mengeluarkan neurotransmitter glutamat dalam gelap; dengan pendedahan cahaya pelepasan glutamat akan berkurang. Ini membawa kepada pengaktifan sel sel seterusnya (bipolar, sel mendatar dan sel ganglion retina).


Hubungan yang dimodelkan antara pelepasan glutamat dan potensi membran rod.
Dari Witkovsky et al. (1997).

Dari model ini (Witkovsky et al. 1997) nampaknya bahawa untuk perubahan kadar pelepasan glutamat, perubahan potensi membran yang lebih besar diperlukan. Lebih-lebih lagi, depolarisasi fotoreseptor harus dipertahankan untuk sementara waktu sehingga sel-sel hilir dapat bertindak balas (penyerapan cahaya jauh lebih cepat daripada proses biokimia). Jangka hayat molekul rhodopsin yang diaktifkan adalah ~ 40ms pada tikus (Gross dan Burns, 2010) dan ~ 400ms pada salamander (Lyubarsky et al., 1996). Kita boleh menganggap bahawa mata manusia lebih mirip dengan tikus. Terdapat kira-kira 40,000,000 molekul rhodopsin dalam sel rod (BioNumbers). Sel ganglion retina yang paling sensitif memerlukan ~ 0.04% molekul rhodopsin setiap sel batang untuk diaktifkan (Takeshita et al., 2017).

(b) Ambang mutlak sel ganglion retina On dan Off

Kedua-dua RGC Aktif dan Mati membawa maklumat kaya mengenai isyarat cahaya paling lemah. Sel mati agak lebih sensitif daripada sel On tetapi mempunyai kadar ralat yang lebih tinggi dalam pengekodan berdasarkan jurang mereka. Ambang mutlak untuk sel parasol On dan Off primata dalam tugas pilihan paksa dua alternatif sangat dekat dengan had yang ditimbulkan oleh sifat kuantal cahaya: Pada payung mencapai 75% pilihan yang betul pada tahap cahaya yang sepadan dengan kira-kira 0,0008 R * per batang per kilat (min, n = 6) dan Parasol mati pada tahap cahaya yang sepadan dengan kira-kira 0,0004 R * per batang setiap kilat (min, n = 5).

Satu molekul rhodopsin yang diaktifkan adalah 0,0000025% daripada jumlah keseluruhan. Ini tidak mencukupi untuk mengaktifkan RGC.

Oleh itu, saya dapat membuat tekaan yang boleh dipercayai bahawa anda sebenarnya tidak dapat "melihat" foton walaupun salah satu sel fotoreseptor retina dapat merasakannya. Walau bagaimanapun, saya masih mencari rujukan kukuh yang mengatakan berapa banyak foton yang diperlukan (dan berapa lama) untuk menghasilkan tindak balas visual.


Kajian terbaru yang diterbitkan dalam Nature oleh Tinsley et al. Pengesanan langsung foton tunggal oleh manusia mendapati bahawa manusia yang beradaptasi gelap mungkin untuk merespon rangsangan foton tunggal, tetapi jarang. Mereka menggunakan sumber yang membuat pasangan foton, dan menggunakan salah satu pasangan untuk menentukan apakah subjek mungkin terkena satu foton. Subjek diminta untuk menjawab sama ada mereka telah melihat satu foton setelah satu peristiwa, dan untuk menilai keyakinan mereka terhadap respons mereka pada skala 1-3. Dari percubaan keyakinan tertinggi, $ 60 \% pm 0.3 \% ruang (P = 0.001) $ jawapan betul. Tidak betul-betul dipercayai, tetapi bukti kukuh bahawa itu mungkin.

Mereka juga dengan menarik mendapati bahawa kecekapan pengesanan sangat meningkat jika foton tunggal lain dipancarkan dalam masa ~ 3.5 saat sebelumnya.

Sejauh mekanisme, saya bukan ahli biologi atau ahli biokimia jadi saya akan mencadangkan membaca bahagian III dari Rieke & Baylor (1998) Pengesanan satu foton oleh sel batang retina, yang merangkumi secara terperinci.


Secara teknikal, kita dapat merasakan foton individu. Berikut adalah petikan dari buku teks biologi selular:

"Penyerapan satu foton cahaya menyebabkan perubahan konformasi dalam molekul rhodopsin, yang mengirimkan isyarat ke protein G heterotrimerik (disebut transducin), yang mengaktifkan efektor yang digabungkan." (Karp's Cell and Molecular Biology 8e, 603).

Namun, kami mempunyai penapis saraf (bahagian evolusi / penyesuaian) yang hanya "melihat" cahaya jika sekitar 5-9 foton dikesan dalam jangka masa 100 ms. Inilah sumber untuk ini.

Menurut sumber itu, penapis saraf ini sebenarnya merupakan kelebihan evolusi, kerana ia akan mencegah data visual yang tidak perlu diproses (yang akan menambahkan banyak kebisingan pada "gambar" yang kita lihat).

Namun, sesuatu yang menarik ialah katak sebenarnya dapat mengesan dan melihat foton cahaya tunggal. Saya masih ingat menonton video beberapa waktu lalu di mana ia dijelaskan sebagai berikut: Sekiranya katak dilancarkan ke tepi luar sistem suria kita (di mana ketumpatan foton dari matahari sangat sedikit), satu-satu masa foton akan masuk mata katak, dan katak akan melihat kilatan cahaya ini, sambil melihat kegelapan ketika foton tidak masuk. Anda dapat Google lebih lanjut mengenai katak ini, atau membaca ringkasannya mengenai Kekuatan melihat katak: Katak dapat mengesan foton cahaya tunggal.

Edit: Seperti yang ditunjukkan WYSIWYG, katak tidak begitu istimewa! Terdapat lebih daripada satu organisma yang dapat "melihat" (bukan hanya merasakan) foton individu ini.

Semoga ini dapat membantu!


Sekiranya Elektron Boleh Berada di Dua Tempat Sekaligus, Mengapa Anda & # x27 Boleh?

Sir Roger Penrose - Knight of the Realm, Profesor Matematik Emeritus Rouse Ball di Universiti Oxford, pengarang kontroversi, dan pakar luar biasa - bimbang keretanya mungkin ditarik. Ia diletakkan di ruang sementara di sebelah Institut Matematik Oxford, di mana kami telah mengatur untuk mengadakan pertemuan pertama. Oleh itu, sebelum menetap untuk membincangkan jalan keluarnya untuk salah satu misteri terbesar dalam bidang fizik, dia bergegas keluar beberapa kali untuk memastikan kereta itu masih ada di sana, memperlihatkan ledakan kelajuan yang mengagumkan untuk seorang pemain berusia 73 tahun.

Saya pasti dia mahu berada di dua tempat sekaligus: di sini di bilik persidangan yang kosong dengan saya dan di luar dalam hujan musim luruh yang sejuk, memerhatikan bobbies. Itu mustahil, dan di situlah terletaknya misteri yang memakan Penrose.

Kira-kira 80 tahun yang lalu, saintis mendapati bahawa mungkin berada di dua lokasi pada masa yang sama - sekurang-kurangnya untuk atom atau zarah subatom, seperti elektron. Untuk benda-benda kecil seperti itu, dunia diatur oleh sekumpulan undang-undang fizikal rumah sakit jiwa yang dikenali sebagai mekanik kuantum. Pada julat ukuran itu, setiap jirim dan tenaga wujud dalam keadaan fluks kabur, yang memungkinkannya untuk menempati bukan hanya dua lokasi tetapi sejumlah besar daripadanya secara serentak. Dunia yang kita lihat mengikuti sekumpulan peraturan yang sangat berbeza, tentu saja: Hanya ada satu Universiti Oxford, hanya satu kereta, satu Penrose. Apa yang tidak dapat dijelaskan oleh siapa pun adalah mengapa alam semesta terbelah menjadi dua realiti yang terpisah dan tidak dapat didamaikan. Sekiranya segala sesuatu di alam semesta terbuat dari benda-benda kuantum, mengapa kita tidak melihat kesan kuantum dalam kehidupan seharian? Mengapa Penrose, yang diperbuat daripada partikel kuantum, tidak dapat dilaksanakan di sini, di sana, dan di mana sahaja dia memilih?

Ramai ahli fizik menganggap masalah ini sangat menjengkelkan sehingga mereka mengabaikannya sepenuhnya. Sebaliknya, mereka menumpukan pada apa yang sesuai dengan teori mereka. Persamaan mekanik kuantum melakukan pekerjaan yang hebat yang menggambarkan tingkah laku zarah dalam peleburan atom, tindak balas nuklear yang membuat matahari bersinar, dan proses kimia yang mendasari biologi. Bagi Penrose, itu hampir tidak mencukupi. "Mekanika kuantum memberi kita ramalan yang luar biasa dan pengesahan eksperimen untuk senario skala kecil, tetapi ini memberi kita omong kosong pada skala biasa," katanya, santai sekarang bahawa seorang penyambut tetamu telah meyakinkannya tentang keselamatan keretanya. "Sekiranya anda mengikuti persamaan, anda akan mendapat kekacauan. Oleh itu, anda harus bertanya: Apa yang membawa kepada dunia ini? "

Dia mempunyai jawapan, yang, jika betul, akan mengarah pada teori kuantum pertama yang masuk akal bagi orang-orang seperti partikel. Penrose percaya bahawa dia telah mengenal pasti rahsia yang menjadikan jin kuantum tertutup rapat di dunia atom, rahsia yang ada di depan kita sepanjang masa: graviti. Dalam pandangan novelnya, kekuatan yang sama yang membuat kita terpaku ke tanah juga membuat kita terkunci dalam kenyataan di mana semuanya rapi, kesatuan, dan - untuk lebih baik dan lebih buruk - berakar di satu tempat sahaja.

Selain daripada ketidakmampuan untuk menjelma di sejumlah tempat secara serentak, Penrose memenuhi syarat sebagai fenomena kuantum sendiri. Tampaknya terdapat banyak Penroses yang kebetulan menempati badan yang sama.

Terdapat Sir Roger ahli fizik, yang berkuda pada tahun 1994 kerana sumbangannya kepada sains, di antaranya merintis usaha untuk mendamaikan teori relativiti umum Albert Einstein dengan mekanik kuantum. Ada Penrose master puzzle, pencipta ilusi geometri yang digabungkan oleh M. C. Escher ke dalam beberapa karyanya yang paling terkenal. Ada Penrose ahli sains saraf, yang mengembangkan teori kontroversial yang menghubungkan kesedaran dengan proses kuantum di otak. Dan ada penulis Penrose, baru-baru ini dari halaman 1.049 halaman berjudul The Road to Reality, yang dengan sederhana diberi judul Panduan Lengkap untuk Hukum Alam Semesta. Rumum yang mengagumkan bagi seseorang yang diturunkan gred di sekolah rendah kerana dia tidak dapat menguasai aritmetik.

Pada pertemuan kedua kami, semua Penroses itu tersungkur di sofa di ruang tamu rumahnya yang luas beberapa batu di luar Oxford. Cawan kopi dan sepiring biskuit terletak di dadanya, yang, sejak dia tenggelam begitu dalam ke sofa, hampir mendatar. Tingkap tinggi menghadap halaman hijau yang subur, lembap dari hujan. Dalam suasana termenung ini, dia melihat kembali peristiwa yang meyakinkannya bahawa teori kuantum mempunyai masalah serius, pandangan yang akan menjadi bidaah bagi seorang ahli fizik muda yang memasuki akademik hari ini.

Kepercayaan Penrose mula goyah ketika dia merupakan pelajar siswazah di Cambridge. Momen penting datang semasa ceramah oleh Paul Dirac, salah seorang pemikir awal legenda dalam mekanik kuantum. "Dia berbicara tentang prinsip superposisi, di mana objek boleh berada di dua tempat pada masa yang sama. Sebagai contoh, dia memecahkan sebilangan kapur menjadi dua dan kemudian cuba menjelaskan mengapa anda tidak pernah melihat superposisi dalam kehidupan sebenar. Fikiran saya mungkin berkeliaran sebentar, kerana saya tidak pernah mendengar penjelasannya! " Kata Penrose sambil ketawa. "Tetapi ketika saya memikirkannya, saya tidak pasti ia mengembara, kerana tidak mungkin untuk menjelaskan mengapa anda tidak melihat objek di dua tempat sekaligus berdasarkan mekanisme kuantum masa kini. Ini masalah besar. Sejak itulah saya bimbangkan. "

Bahagian yang menjengkelkan dari masalah itu ialah kemampuan zarah untuk wujud di dua tempat sekaligus bukan sekadar teori abstraksi. Ini adalah aspek yang sangat nyata tentang bagaimana dunia subatomik berfungsi, dan telah disahkan secara eksperimen berkali-kali. Salah satu demonstrasi paling jelas datang dari persediaan fizik klasik yang disebut percubaan slit berganda.


Pergerakan yang mendalam sedang dijalankan dalam bidang fizik dan disiplin yang berkaitan, yang semakin pesat. Orang ramai tidak banyak mendengarnya, masyarakat komuniti fizik yang lebih luas. Ini adalah landasan penyelidikan yang difokuskan pada penemuan potensi manusia untuk secara langsung memahami aspek-aspek utama dari apa yang sebenarnya boleh disebut sebagai & ldquofabric of the semesta. & Rdquo Yang mengejutkan mengenai berita ini ialah sains bergerak menuju hari ketika manusia langsung, persepsi deria terhadap kuantum dapat menjawab soalan yang berlanjutan mengenai fizik.

Itu betul & melegakan persepsi deria langsung manusia. Bukan mesin.

Penemuan baru-baru ini melibatkan semua pancaindera manusia & ndash keupayaan asasnya serta potensi mereka untuk berfungsi secara radikal & ndash dan dalam ini, bahagian pertama dari apa yang akan menjadi siri beberapa bahagian di blog ini, kita akan memberi tumpuan terutamanya pada visi manusia .

Manusia telah didapati mempunyai kemampuan untuk langsung melihat foton cahaya tunggal, seperti yang baru dibentuk secara eksperimen dan diterbitkan dalam jurnal, Alam semula jadi. Penemuan ini dihubungkan dengan apa yang dipercayai oleh sebilangan ahli fizik terkemuka, malah lebih mengejutkan yang akan diterbitkan dalam beberapa bulan akan datang & keupayaan manusia untuk melihat secara langsung aspek radikal dari sifat kuantum cahaya, terutamanya superposisi dan kuantum keterlibatan / bukan kawasan.

Lebih-lebih lagi, menurut beberapa ahli fizik terkemuka ini, beberapa langkah seterusnya yang paling penting dalam perkembangan fizik kuantum dan kosmologi sebenarnya bergantung pada apa yang dilihat oleh pemerhati manusia terlatih secara langsung dari segi sifat kuantum foton individu, terutama mengenai superposisi dan kuantum ikatan.

Menjelaskan sifat penyelidikan ini yang sedang berjalan beberapa bulan yang lalu di Amerika Saintifik, Anil Ananthaswamy menulis tentang niat salah satu daripada beberapa pasukan dalam gerakan penyelidikan ini & ldquoto menggunakan penglihatan manusia untuk menyelidiki asas-asas mekanik kuantum. & Rdquo Menurut salah seorang ahli fizik dalam pasukan, Rebecca Holmes dari Makmal Nasional Los Alamos, hasilnya kajian ini menggunakan mata kasar pemerhati manusia berpotensi menghasilkan & "bukti bahawa sesuatu sedang berlaku di luar mekanik kuantum standard."

Menurut Ananthaswamy, kerja pasukan ini, yang juga merangkumi ahli fizik kuantum Paul Kwiat dan pemenang Nobel Anthony Leggett, kedua-duanya dari University of Illinois di Urbana-Champaign, berpotensi & berpotensi menuju kemungkinan penyelesaian masalah utama mekanik kuantum: apa yang disebut masalah pengukuran. & rdquo Penyelesaian konklusif masalah pengukuran menurut banyak pakar dalam fizik telah tahan dengan cara yang signifikan terhadap penyiasatan eksperimen sebelumnya, akhirnya meninggalkan persoalan yang tidak terjawab sama ada pemerhatian sebenarnya meruntuhkan fungsi gelombang, yang mana kuantum fizik dianggap tidak terpisahkan dengan asas & ldquofabric alam semesta. & rdquo

Penting untuk diperhatikan bahawa pemahaman baru mengenai skala, ketepatan, dan ketepatan penglihatan manusia yang tidak dijangka, keupayaannya untuk mengakses cahaya secara langsung pada tahap foton tunggal, dan mungkin juga untuk menentukan sifat cahaya yang sangat kuantum, telah berkembang dalam konteks yang lebih besar dalam bidang biofizik dan psikofizik, serta dalam fizik itu sendiri. Konteks ini, yang juga tidak banyak bergerak ke ranah budaya popular, atau bahkan ke dalam komuniti saintifik itu sendiri, merangkumi penemuan radikal dan revolusi bukan hanya pada penglihatan, tetapi juga pada pengertian yang lain.

Menjelaskan penyelidikan terbaru di makmalnya dan yang lain mengenai pendengaran manusia, ahli biofisik A.J. Laporan Hudspeth dari Universiti Rockefeller (dikutip dalam Bushell 2018, pautan akan datang), & quot Statistik mengenai telinga manusia sangat mengejutkan. Koklea manusia yang sihat sangat sensitif sehingga dapat mengesan getaran dengan amplitud yang lebih kecil daripada diameter atom, dan dapat menyelesaikan selang waktu hingga 10 & mikro [iaitu, mikrodetik, atau sepersejuta detik]. Telah dikira bahawa telinga manusia mengesan tahap tenaga 10 kali ganda lebih rendah daripada tenaga satu foton dalam panjang gelombang hijau. & rdquo Mengenai pancaindera manusia dan pancaindera yang berkaitan (haptic, proprioceptive), baru-baru ini telah ditentukan bahawa & ldquohuman taktik manusia merangkumi skala nano [iaitu, dalam jarak satu miliar meter], & rdquo penyelidikan ini telah diterbitkan dalam jurnal Laporan Ilmiah (Skedung et al 2013).

Penyelidikan ke atas sistem penciuman manusia juga baru-baru ini mengalami kemajuan revolusioner, kerana sekarang nampaknya merupakan bagian dari sistem reseptor chemo-reseptor yang lebih besar yang mengandungi sel yang diedarkan ke seluruh tubuh. Sistem ini sepertinya berfungsi melalui mekanisme penyaluran kuantum elektron di dalam reseptor penciuman / kemoterapi ini (antara mekanisme lain yang berkaitan), dan baru-baru ini juga telah ditunjukkan bahawa akal penciuman manusia mampu membezakan satu trilion rangsangan penciuman, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Sains pada tahun 2014 anggaran sebelumnya adalah bahawa penciuman manusia dapat membezakan hingga 10,000 rangsangan yang berbeza. (Kami akan memberi anda lebih banyak lagi mengenai perkara ini dengan lebih terperinci dalam catatan akan datang.)

Semua bukti ini mengenai ketepatan, julat, skala, dan besarnya sensorium manusia yang sebelumnya tidak disangka kini bertukar dari pelbagai bidang ilmiah dan penyelidik menjadi bukti yang bersatu, dan gambaran baru dan radikal yang muncul, mengenai potensi potensi fungsi sensori-persepsi manusia. Dan, lebih-lebih lagi, pada masa yang sama, penemuan & ndash terutama mengenai penglihatan manusia tentang cahaya & ndash sengaja diarahkan oleh sejumlah saintis dan institusi ilmiah terkemuka dunia, untuk meneliti asas-asas alam semesta.

Tetapi kita mungkin juga bertanya, dengan rasa ingin tahu yang tulen dan mendalam, mengapa kerangka asas potensi manusia ini baru ditemui pada zaman sains yang maju dan sangat produktif ini? Mengapa pengetahuan asas ini mengenai diri kita sendiri dan sifat & ndash kita betul-betul di hadapan, di dalam, hidung kita, jadi untuk bercakap & ndash hanya kini muncul, terungkap, juga boleh dikatakan? Mengapakah sifat asas kemampuan kita sendiri untuk mengalami dunia ini sebelumnya tidak jelas bagi kita dalam satu cara atau cara lain, dan tentunya secara ilmiah?

Terdapat sejumlah jawapan penting dan mendalam untuk soalan-soalan ini, yang akan diterokai dalam siri ini. Buat masa ini kita akan menunjukkan secara ringkas bahawa sebenarnya ada orang yang memahami (dengan cara mereka sendiri) bahawa manusia berpotensi untuk melihat pada skala kecil, hiper-akut, dan bahkan skala mikroskopik. Sebenarnya, pengetahuan ini dipegang oleh orang-orang seperti itu dalam sekurang-kurangnya beberapa budaya selama berabad-abad, orang-orang yang berlatih melibatkan kapasiti ini dengan alasan mereka merasakan bahawa kapasiti yang direalisasikan dapat membawa mereka ke pengalaman persepsi deria langsung dari sifat-sifat asas dunia di sekitar mereka, alam semesta. Budaya ini merangkumi Tibet, India, dan Asia Timur, antara lain.

Lebih dari satu dekad yang lalu, dalam penyelidikan Bushell sendiri mengenai kemampuan sensori-persepsi pengamal yang sangat maju, jangka panjang, mahir dalam bentuk meditasi pemerhatian khas, dia mula menyedari bahawa beberapa pengamal ini sebenarnya berusaha secara khusus dan eksplisit untuk kaji cahaya dengan keupayaan visual mereka yang terlatih, termasuk berusaha untuk melihat zarah & rdquo cahaya yang paling asas, asas & ldquopartless Sebenarnya, mereka dalam banyak cara mengikuti protokol yang sama yang digunakan oleh ahli biofisik dan saintis visi untuk menguji keupayaan manusia untuk mengesan jumlah cahaya yang paling sedikit. Protokol asas merangkumi faktor-faktor utama berikut: keperluan ruang yang benar-benar gelap dan kalis cahaya, yang menghasilkan dalam penglihatan manusia apa yang disebut keadaan scotopic yang disesuaikan dengan gelap untuk keperluan pergerakan yang lengkap, kerana pergerakan dapat mengalihkan perhatian dan memutarbelitkan persepsi keperluan untuk jangka masa panjang perhatian yang sangat terarah dan berterusan, keperluan untuk dapat terlibat dalam pelbagai percubaan melihat cahaya, iaitu, latihan dan pembelajaran tugas kemampuan untuk membedakan antara sumber cahaya dan cahaya luaran sebenar yang dihasilkan secara spontan oleh tubuh , terutamanya oleh sistem visual itu sendiri (fenomena cahaya yang dihasilkan secara dalaman yang dikenali sebagai fosfen atau biofoton).

Dan sementara penyelidikan neurosains kontemporari belum menyelidiki keupayaan para praktisi ini untuk secara khusus melihat sifat kuantum cahaya, sejumlah besar kajian eksperimen menunjukkan bahawa pengamal ini mempunyai kemampuan deria-persepsi dan kebolehan yang lebih baik secara umum, dan secara khusus mengenai aspek cahaya lain (ulasan dalam pautan Bushell di atas). Walaupun model ilmiah Bushell & rsquos masih banyak dikembangkan (contohnya, persembahan di Muzium Victoria dan Albert, 19 Oktober 2018, penerbitan akan datang), namun ia mungkin sangat penting bagi agenda penyelidikan yang akan datang mengenai kemampuan manusia yang berpotensi untuk melihat kuantum sifat fenomena, terutama kerana salah satu cabaran utama agenda ini adalah tahap tahap prestasi subjek kajian individu: pemerhati yang terlatih dan mahir sebenarnya diperlukan.

Model Bushell & rsquos didasarkan pada & ldquoadept perceivers & rdquo yang telah berlatih secara meluas untuk meningkatkan keupayaan deria-persepsi-perhatian mereka ke tahap prestasi yang sangat tinggi, seperti yang dibuat secara eksperimen dalam konteks saintifik Barat, dan latihan semacam itu mungkin penting untuk kejayaan radikal dan bersejarah ini agenda baru mengenai hubungan deria-persepsi manusia dengan alam semesta.

William C. Bushell, Ph.D. adalah ahli antropologi biofizik yang berafiliasi dengan MIT dan pengarah bersama ISHAR (Integrative Studies Historical Archive & amp Repository), sebuah Inisiatif Chopra Foundation, sebuah pusat pangkalan data / maklumat akses bebas dan terbuka terbesar untuk bidang baru sains integratif, termasuk fizik dan ilmu saraf.

Maureen Seaberg adalah sintesis dan pengarang bersama Struck By Genius: Bagaimana Kecederaan Otak Menjadikan Saya Keajaiban Matematik.


Dari artikel wiki mengenai penglihatan warna sebagai gambaran bagaimana foton diserap:

Persepsi warna bermula dengan sel retina khusus yang mengandungi pigmen dengan kepekaan spektrum yang berbeza, yang dikenali sebagai sel kerucut. Pada manusia, terdapat tiga jenis kerucut yang sensitif terhadap tiga spektrum yang berbeza, menghasilkan penglihatan warna trikromatik.

Setiap kerucut individu mengandungi pigmen yang terdiri daripada apsoprotein opsin, yang secara kovalen dihubungkan dengan 11-cis-hydroretinal atau lebih jarang 11-cis-dehydroretinal.

Jadi molekul dengan spektrum penyerapan yang berbeza menyerap foton optik dan memulakan urutan memberi isyarat kepada otak. Ini bukan perkara yang sederhana dan lebih berkaitan dengan biologi daripada fizik. Bahagian fiziknya ialah foton memukul molekul dan menaikkan elektron ke tahap yang lebih tinggi yang menghasilkan serangkaian tindak balas yang akhirnya mendaftar di otak.

Foton boleh dibuat dan dihancurkan secara bebas, kerana ia tidak mempunyai cas atau jisim. Hidupkan lampu, dan anda membuat banyak foton. Mana-mana badan (terbuat dari atom) yang tidak pada suhu sifar mutlak akan memancarkan foton secara spontan.

Mereka dimakan dengan mudah. Sebilangan besar bahan pukal akan menyerap foton dalam elektron di permukaan, mengubah tenaga menjadi getaran ketumpatan. Tidak ada elektron misteri (yang dicas) yang dapat melakukannya. Ini adalah proses memancarkan sebaliknya melalui getaran terma.

Jadi ke mana ia pergi... fikirkan gelombang elektromagnetik, bukan pengukurannya. Getaran di medan E menjadikan elektron merosot bolak-balik. Menggerakkan zarah bermuatan membuat perubahan medan elektrik pada gilirannya, yang membatalkan gelombang dan menghalangnya menyebarkan lebih jauh. Ke mana perginya gelombang laut ketika menghantam pantai? Ia berhenti menyebarkan sehingga gelombang (fenomena bukan contoh objek) tidak lagi berlaku.

Idea partikel membuat anda membayangkan a benda yang wujud sebagai objek, dan itu menyesatkan dan mengurangkan konsep. Partikel-ness dalam kes ini hanyalah sebahagian daripada peraturan yang menyatakan bahawa beberapa interaksi fizikal mengambil atau memberi tenaga berdasarkan semua-atau-apa-apa. Itu dilihat dalam kes di mana elektron mengubah orbital termasuk ketika itu adalah sebahagian daripada proses kimia. Pigmen pukal yang dapat menyerap frekuensi apa pun (dalam julat) secara bebas masih mengambil tenaga satu gelombang tepat pada satu masa dalam unit amplitud yang dijelaskan oleh pemalar Planck.

Getaran - dinamika yang dapat dimulakan dan dihentikan - adalah penciptaan dan kehancuran yang mendasari. Membuat atau memusnahkan unit berukuran tetap sahaja terdapat dalam peraturan kerana melakukannya, dan tidak mewakili objek dalam erti kata yang mengganggu anda.

Secara umum anda tertanya-tanya bagaimana sesuatu boleh hilang. Baiklah, mengapa tidak? Beberapa barang terpelihara dan hanya boleh bergerak di sekitar yang lain barang tidak mempunyai sekatan. Untuk menghasilkan cahaya, anda perlu membekalkan tenaga dan mengimbangkan "putaran". Itu adalah sifat-sifat individu, bukan partikel tertentu, dan begitulah kaedahnya dijumpai secara umum. Elektron boleh dibuat jika anda juga membuat positron pada masa yang sama, untuk mengimbangkan jumlah cas: anda tidak memusnahkan sesuatu atau memindahkan sesuatu dari tempat lain, anda sedang mencipta lebih banyak lagi perkara.

Model terbaik semasa untuk menjelaskan semua ini adalah Teori Bidang Kuantum, di mana semuanya adalah medan dan gangguan dinamik daripadanya, dengan zarah muncul dari peraturan. IOW, seperti penjelasan di atas dengan foton.

Ke mana lagu pergi apabila anda berhenti menyanyi? Ini adalah proses dinamik, bukan objek tetap. Ia hilang apabila proses itu berhenti.

Cahaya dari seluruh tempat memukul bola mata anda secara rawak. Lensa memaksa cahaya dari sudut tertentu untuk memukul bahagian tertentu retina. Artikel HowStuffWorks ini menunjukkan bagaimana mekanisme kerja itu. Satu-satunya perbezaan utama antara lensa kamera dan lensa bola mata ialah kita dapat mengubah bentuk lensa secara dinamik untuk fokus pada jarak yang berbeza.

Sekarang, retina anda terdiri daripada sekumpulan batang dan kerucut yang disusun secara kasar dalam grid. Ia agak rawak, tetapi anda boleh memikirkannya seperti monitor komputer anda: sekumpulan piksel yang dibungkus bersama. Untuk penglihatan warna yang normal, kerucut melakukan sebahagian besar kerja, tetapi batangnya juga membantu, terutama dalam keadaan cahaya rendah. Setiap kali foton memasuki mata, ia akan diserap. Kadang-kadang kon menyerapnya, mengubah tenaga elektromagnetik menjadi tenaga elektrokimia. Kadang kala foton melewati dan menyerap ke bahagian belakang mata di suatu tempat, menjadikan tenaga elektromagnetik menjadi tenaga haba (haba).

Terdapat tiga jenis kerucut, kira-kira sepadan dengan merah, hijau, dan biru. Kerucut merah menyerap sebahagian besar cahaya merah, tetapi cahaya hijau sangat sedikit, dan hampir tidak ada cahaya biru. Kerucut hijau menyerap sebahagian besar cahaya hijau, dan kerucut biru kebanyakan menyerap cahaya biru. Sekiranya beberapa foton memukul kerucut dalam jangka masa tertentu, ia akan menghantar isyarat ke otak yang mengatakan "cahaya redup di sini". Sekiranya banyak foton terkena dalam jangka masa yang sama, ia akan menghantar isyarat "cahaya terang di sini".

Perkara yang sama berlaku untuk semua kerucut yang lain. Di antara lensa yang memfokuskan cahaya sehingga satu kerucut mendapat cahaya dari sebahagian kecil dunia di hadapan anda, dan beberapa juta kerucut di mata anda, pada dasarnya anda mempunyai spreadsheet Excel raksasa, yang dikodkan dalam format elektrokimia. Dengan menggabungkan maklumat dari beberapa kerucut dengan warna yang berbeza, spreadsheet mengandungi maklumat mengenai kecerahan dan warna pada sudut yang berbeza di hadapan anda. Proses lawan adalah bagaimana data dianggap dihantar ke otak.

Dari sudut ini, otak melakukan banyak ilmu hitam yang hampir tidak kita fahami menggunakan sekumpulan kod yang nampaknya rawak yang dimasak oleh jutaan tahun pilihan semula jadi. Ia mencari corak dalam set data dan membandingkannya dengan corak yang diketahui dalam memori jangka pendek dan jangka panjang untuk menentukan apa yang anda lihat, di mana ia berada, apa yang dilakukannya, siapa itu, dan lain-lain. Ia juga menambah data visual kepada kami pusat kesedaran ruang, menentukan kadar pergerakan, maklumat masa, dan mungkin banyak perkara lain yang saya tidak tahu. Kemudian ia akhirnya menghantar maklumat ini ke seluruh otak untuk membuat keputusan. Sebilangan keputusan dibuat secara autonomi oleh pemprosesan peringkat rendah, sementara yang lain dibuat pada tahap tinggi dengan pusat kognitif.


Dalam gelap

Dalam eksperimen Vaziri & rsquos, tiga sukarelawan duduk dalam kegelapan total selama sekitar 40 minit, dan kemudian menatap sistem optik. Ketika mereka menekan butang, mereka mendengar dua bunyi, dipisahkan satu saat. Kadang-kadang, salah satu bunyi itu disertai dengan pelepasan foton. Para peserta harus mengatakan pada kesempatan mana mereka menyangka mereka melihat foton, dan betapa yakinnya mereka (pada skala 1 hingga 3) mengenai penglihatan mereka.

Dalam banyak kes, mereka salah, ini diharapkan, memandangkan lebih dari 90% foton yang masuk ke depan mata tidak pernah sampai ke sel batang, kerana diserap atau dipantulkan oleh bahagian mata yang lain. Namun, para peserta dapat menjawab dengan betul lebih kerap daripada yang diharapkan sekiranya mereka telah meneka secara rawak & mdash dan tahap keyakinan mereka lebih tinggi ketika mereka betul.

Ketiga sukarelawan tersebut telah melalui lebih daripada 2,400 percubaan di mana satu foton dipancarkan (dan banyak lagi yang tidak). Jumlah ujian yang tinggi, kata para penyelidik, memberi mereka bukti statistik yang kuat mengenai pengesanan foton tunggal.

Tetapi tidak semua penyelidik berpendapat bahawa makalah itu konklusif. & ldquoSatu-satunya perkara yang saya sangsi adalah hanya tiga individu yang telah diuji, & rdquo kata Leonid Krivitskiy, seorang ahli fizik di Agensi Teknologi dan Penyelidikan Sains di Singapura. Semua mereka adalah lelaki, tambahnya, dan fisiologi visual wanita dan lelaki diketahui sangat berbeza, katanya. Tetapi Krivitskiy yakin bahawa kaedah pengarang & rsquo mampu menyelesaikan persoalan sekali dan selamanya, jika percubaan diuji pada lebih banyak sukarelawan.

Vaziri merancang untuk menguji bagaimana sistem visual bertindak balas terhadap foton dalam pelbagai keadaan kuantum & mdashin khususnya yang berada dalam & lsquosuperposition & rsquo dari dua keadaan serentak. Beberapa ahli fizik telah menyatakan bahawa eksperimen seperti itu dapat menguji apakah superposisi dua keadaan dapat bertahan dalam sistem deria seseorang, dan mungkin dapat dilihat di otak.

Artikel ini diterbitkan semula dengan izin dan pertama kali diterbitkan pada 19 Julai 2016.

TENTANG PENULIS

Davide Castelvecchi adalah wartawan kanan di Alam semula jadi di London merangkumi fizik, astronomi, matematik dan sains komputer.


Kemunculan: Suasana Suria

Meninggalkan permukaan Matahari, foton kita kemudian memasuki atmosfera Matahari, yang (seperti Bumi) mempunyai beberapa lapisan. Foton kami melalui fotosfera nipis terlebih dahulu, sebelum memasuki kromosfera yang lebih tebal. Sesuatu yang menarik berlaku pada ketika ini: suhu mula meningkat ketika foton melintasi korona (lapisan paling luar atmosfera Matahari). The corona—a white-hot plume of plasma that extends millions of kilometers away from the Sun—is hundreds of times hotter than the surface.

Although the corona is very sparsely populated with atoms, photons can still be scattered by dust or free electrons. However, they usually pass through mostly unimpeded, and head toward the direction of Earth. Many trillions of other photons join it, with trillions more travelling in other directions. Their combined energy can exert a force on any object large enough to get in the way.


Physicists Say They've Manipulated 'Pure Nothingness' And Observed The Fallout

According to quantum mechanics, a vacuum isn't empty at all. It's actually filled with quantum energy and particles that blink in and out of existence for a fleeting moment - strange signals that are known as quantum fluctuations.

For decades, there had only ever been indirect evidence of these fluctuations, but back in 2015, researchers claimed to have detected the theoretical fluctuations directly. And now the same team says they've gone a step further, having manipulated the vacuum itself, and detecting the changes in these strange signals in the void.

We're entering the territory of high-level physics here, but what's really important in this experiment is that, if these results are confirmed, the researchers might have just unlocked a way to observe, probe, and test the quantum realm without interfering with it.

That's important, because one of the biggest problems with quantum mechanics - and our understanding of it - is that every time we measure and observe a quantum system, we destroy it, which doesn't bode well when we want to tease out what's really going on in the quantum world.

This is where the quantum vacuum comes into it.

First of all, let's think of a vacuum in a classical way - as space entirely devoid of matter, with the lowest possible energy. There are no particles there, and nothing to interfere with pure physics.

But a byproduct of one of the most fundamental principles in quantum mechanics, Heisenberg's uncertainty principle, states that there's a limit to how much we can know about quantum particles, and as a result, a vacuum isn't empty, it's actually buzzing with its own strange energy, and filled with particle-antiparticle pairs that appear and disappear randomly.

These are more like 'virtual' particles than physical matter, so ordinarily you can't detect them. But although they're invisible, like most things in the quantum world, they subtly influence the real world.

These quantum fluctuations produce randomly fluctuating electric fields that can affect electrons, which is how scientists first indirectly demonstrated their presence back in the 1940s.

For decades, that was all we had to go on.

Then, in 2015, a team led by Alfred Leitenstorfer from the University of Konstanz in Germany claimed they'd directly detected these fluctuations, by observing their influence on a light wave. Hasilnya diterbitkan dalam Sains.

To do this, they fired a super short laser pulse - lasting only a few femtoseconds, which is a millionth of a billionth of a second - into a vacuum, and were able to see subtle changes in the polarisation of the light. They said these changes were caused directly by the quantum fluctuations.

It's a claim that's still being debated, but the researchers have now taken their experiment to the next level by 'squeezing' the vacuum, and say they've been able to observe the strange changes in the quantum fluctuations as a result.

This isn't just further evidence of the existence of these quantum fluctuations - it also suggests that they've come up with a way to observe experiments in the quantum world without messing up the results, which is something that would ordinarily destroy the quantum state.

"We can analyse quantum states without changing them in the first approximation," said Leitenstorfer.

Usually when you're looking for the effects of quantum fluctuations on a single light particle, you'd have to detect that light particle, or amplify it, in order to see the effect. And this would remove the 'quantum signature' left on that photon, which is similar to what the team did in the 2015 experiment.

This time, instead of looking at the changes in quantum fluctuations by absorbing and amplifying photons of light, the team studied light on the time domain.

That sounds weird, but in a vacuum, space and time behave in the same way, so it's possible to examine one to learn more about the other.

Doing this, the team saw that when they 'squeezed' the vacuum, it worked kind of like squeezing a balloon, and redistributed the strange quantum fluctuations within it.

At some points, the fluctuations became way louder than the background 'noise' of an unsqueezed vacuum, and in some parts, they were quieter.

Leitenstorfer compares this to a traffic jam - when there's a bottleneck that cars build up behind, in front of that point, the density of cars will decrease again.

The same thing happens in a vacuum, to a certain extent - as the vacuum gets squeezed in one place, the distribution of the quantum fluctuations changes, and they can speed up or slow down as a result.

That effect can be measured on the time domain, which you can see below charted out on space-time. The bump in the middle is the 'squeeze' in the vacuum:

As you can see, as a result of the squeeze, there are some blips in the fluctuations.

But something else weird happens too, the fluctuations in some places appear to drop below the background noise level, which is lower than the ground state of empty space, something the scientists call an "astonishing phenomenon".

"As the new measurement technique neither has to absorb the photons to be measured nor amplify them, it is possible to directly detect the electromagnetic background noise of the vacuum and thus also the controlled deviations from this ground state, created by the researchers," explains a press release.

The team is now testing just how accurate their technique is, and how much they can learn from it.

Even though the results so far are impressive, there's still a chance the team might have only achieved a so-called weak measurement - a type of measurement that doesn't disturb the quantum state, but doesn't actually tell researchers very much about a quantum system.

If they can learn more using this technique, they want to continue to use it to probe the 'quantum state of light', which is the invisible behaviour of light at the quantum level that we're only just beginning to understand.

Further verification is needed to replicate the team's findings and show that their experiment really works. But it's a pretty cool first step.


How Atoms Work

Atoms are so small that we cannot see them with our eyes (i.e., microscopic). To give you a feel for some sizes, these are approximate diameters of various atoms and particles:

  • atom = 1 x 10 -10 meters
  • nucleus = 1 x 10 -15 to 1 x 10 -14 meters
  • neutron or proton = 1 x 10 -15 meters
  • electron - not known exactly, but thought to be on the order of 1 x 10 -18 meters

You cannot see an atom with a light microscope. However, in 1981, a type of microscope called a scanning tunneling microscope (STM) dikembangkan. The STM consists of the following:

  • A very small, sharp tip that conducts electricity (probe)
  • A rapid piezoelectric scanning device to which the tip is mounted
  • Electronic components to supply current to the tip, control the scanner and accept the signals from the motion sensor
  • Computer to control the system and do data analysis (data collection, processing, display)
  • A current is supplied to the tip (probe) while the scanner rapidly moves the tip across the surface of a conducting sample.
  • When the tip encounters an atom, the flow of electrons between the atom and the tip changes.
  • The computer registers the change in current with the x,y-position of the atom.
  • The scanner continues to position the tip over each x,y-point on the sample surface, registering a current for each point.
  • The computer collects the data and plots a map of current over the surface that corresponds to a map of the atomic positions.

The process is much like an old phonograph where the needle is the tip and the grooves in the vinyl record are the atoms. The STM tip moves over the atomic contour of the surface, using tunneling current as a sensitive detector of atomic position.

The STM and new variations of this microscope allow us to see atoms. In addition, the STM can be used to manipulate atoms as shown here:

Atoms can be moved and molded to make various devices such as molecular motors (see How Nanotechnology Will Work for details).

In summary, science in the 20th century has revealed the structure of the atom. Scientists are now conducting experiments to reveal details of the structure of the nucleus and the forces that hold it together.


Pengenalan

The need to make accurate decisions in uncertain, dynamically changing environments appears in all aspects of life. Which stock should I buy? Which option should I take in the next move in a board or electronic game? These seemingly casual scenes are highly related to a Monte Carlo tree search 1,2 , which is a heuristic search algorithm for decision making. Consider, e.g., an information network infrastructure. Ever-increasing demands in mobile communications outstrip the available radio frequencies consequently, dynamic and adequate frequency assignment is critical. This scenario constitutes a decision-making problem in an uncertain environment 3,4 . As another example, consider maximizing the revenue for an e-commerce website on the Internet this requires presenting adequate content and advertisement in a limited screen space of typical displays and is also a corollary of decision-making problems 5 .

Several computing algorithms such as ε-greedy 6 , softmax 6,7 , upper confidence bounds 8 and tug-of-war (TOW) 4,9,10 have been proposed in the literature to solve these decision-making problems. All these algorithms have been designed essentially using probabilistic mechanisms to resolve the “exploration–exploitation dilemma” tradeoff in decision making. The present study aims to secara fizikal implement decision making using the intrinsic quantum attributes of single photons.

Actually, the softmax rule, which is based on the notion of the Boltzmann factor, has previously been discussed as the best-fitting algorithm for human decision making 7 here, we may see a correspondence between the physical mechanisms of the brain and decision making. Indeed, investigating the relation between physics and decision making with an aim to better understand the origin of intellectual abilities of natural organisms would be highly stimulating. The TOW algorithm 9 was inspired by the spatiotemporal dynamics of the slime mold Physarum 11. More specifically, the idea is originally based on observing living organisms in nature and their interactions with various environments. This fact implies that it is possible to engineer artificially constructed decision-making machines, which would contribute significantly to resolving decision-making problems in practical information and communications technology (ICT). In fact, Kim et al. proposed a theory of a TOW-based decision maker that uses nanoscale optical excitation transfer among quantum dots mediated by near-field interactions 12 . They followed this study by an experimental verification based on colloidal quantum dots of different sizes 13 this paved the way to the implementation of a solid-state, ultrasmall decision maker. Moreover, the TOW-based physical method outperforms other algorithms 12 .

However, many important unresolved problems remain before we can claim completely autonomous, physical decision-making machines. One of the most critical concerns is that the probabilistic mechanism, which is an indispensable attribute in solving decision-making problems, is yet to be realized experimentally. For instance, in the experimental demonstration reported in Naruse et al. 13 , the probabilistic decision-making step was implemented by an electrical host controller and the probability was determined by observing optical energy transfer in ensembles of quantum dots.

In this study, we report decision making based on single photons. One of the most significant attributes of single photons is literally its particle and yet probabilistic nature. For example, consider a single photon that impinges on a beam splitter. The probability of observing the single photon in one of the two output channels is 50%. However, in detecting individual events, when a single photon is detected in one channel, the other channel does tidak detect it. We see here a TOW-type mechanism in the sense that an input photon is pulled by one channel and by the other, which will be discussed in detail in this study. Observing a single photon can be secara langsung associated with decision making. In other words, without requiring emulation by electrical computing, the decisive step is directly implemented by the intrinsic attributes of a single photon and is fundamentally unachievable using classical light.

In addition, whereas the use of single photons in ICT has thus far been limited to the context of quantum key distributions 14 and quantum computing 15 , including quantum simulations 16 , this study paves the way to realizing the benefits offered by the quantum nature of light in practical and important decision-making applications in ICT. Meanwhile, theoretical quantum-mechanical approaches to machine learning are emerging 17,18 and we hope to contribute to the field by presenting an architecture to implement single-photon-based decision making and its experimental demonstration. In the sections below, we describe the architecture, principles, experimental systems, demonstrations and analysis of the proposed single-photon decision maker.


Quantum processor for single photons

Scientists have realized a photon-photon logic gate via a deterministic interaction with a strongly coupled atom-resonator system.

"Nothing is impossible!" In line with this motto, physicists from the Quantum Dynamics Division of Professor Gerhard Rempe (director at the Max Planck Institute of Quantum Optics) managed to realise a quantum logic gate in which two light quanta are the main actors. The difficulty of such an endeavour is that photons usually do not interact at all but pass each other undisturbed. This makes them ideal for the transmission of quantum information, but less suited for its processing. The scientists overcame this steep hurdle by bringing an ancillary third particle into play: a single atom trapped inside an optical resonator that takes on the role of a mediator. "The distinct feature of our gate implementation is that the interaction between the photons is deterministic," explains Dr. Stephan Ritter. "This is essential for future, more complex applications like scalable quantum computers or global quantum networks."

In all modern computers, data processing is based on information being binary-coded and then processed using logical operations. This is done using so-called logic gates which assign predefined output values to each input via deterministic protocols. Likewise, for the information processing in quantum computers, quantum logic gates are the key elements. To realise a universal quantum computer, it is necessary that every input quantum bit can cause a maximal change of the other quantum bits. The practical difficulty lies in the special nature of quantum information: in contrast to classical bits, it cannot be copied. Therefore, classical methods for error correction cannot be applied, and the gate must function for every single photon that carries information.

Because of the special importance of photons as information carriers -- for example, for communicating quantum information in extended quantum networks -- the realisation of a deterministic photon-photon gate has been a long-standing goal. One of several possibilities to encode photonic quantum bits is the use of polarisation states of single photons. Then the states "0" and "1" of a classical bit correspond to two orthogonal polarisation states. In the two-photon gate, the polarisation of each photon can influence the polarisation of the other photon. As in the classical logic gate it is specified beforehand which input polarisation leads to which output polarisation. For example, a linear polarisation of the second photon is rotated by 90° if the first one is in the logic state "1," and remains unchanged if the first one is in "0." In contrast to classical logic gates, which would be fully specified by such a description, a quantum gate can take on an infinite number of possible input states. The quantum logic gate has to create the correct combination of output states for each one of these.

In the experiment presented here two independently polarised photons impinge, in quick succession, onto a resonator which is made of two high-reflectivity mirrors. Inside a single rubidium atom is trapped forming a strongly coupled system with the resonator. The resonator amplifies the light field of the impinging photon at the position of the atom enabling a direct atom-photon interaction. As a result, the atomic state gets manipulated by the photon just as it is being reflected from the mirror. This change is sensed by the second photon when it arrives at the mirror shortly thereafter.

After their reflection, both photons are stored in a 1.2-kilometre-long optical fibre for some microseconds. Meanwhile, the atomic state is measured. A rotation of the first photon's polarisation conditioned on the outcome of the measurement enables the back action of the second photon on the first one. "The two photons are never at the same place at the same time and thus they do not see each other directly. Nevertheless, we achieve a maximal interaction between them," explains Bastian Hacker, PhD student at the experiment.

The scientists could prove experimentally that -- depending on the choice of the photons' polarisations -- either the first photon affects the second or vice versa. To this end, they measured the polarisation states of the two outgoing photons for different input states. From these, they generated "truth tables" which correspond to the expected gate operations and thus demonstrate the diverse operational modes of the photon-photon gate.

The case when the input polarisation of the two photons is chosen such that they influence each other is of particular interest: Here the two outgoing photons form an entangled pair. "The possibility to generate entanglement fundamentally distinguishes a quantum gate from its classical counterpart. One of the applications of entangled photons is in the teleportation of quantum states," explains Stephan Welte, PhD student at the experiment.

The scientists envision that the new photon-photon gate could pave the way towards all-optical quantum information processing. "The distribution of photons via an optical quantum network would allow linking any number of network nodes and thus enable the setup of a scalable optical quantum computer in which the photon-photon gate plays the role of a central processing unit (CPU)," explains Professor Gerhard Rempe.


Tonton videonya: Комуналците не можат да исчистат толку колку што луѓето може да извалкаат (Disember 2021).